专利名称：利用修复植物海州香薷制作含铜有机肥料的方法
技术领域：
本发明涉及一种环保技术方法和肥料生产方法，具体涉及利用修复植物海州香薷制作含铜有机肥料的方法。
背景技术：
目前，我国重金属污染的土壤面积已达3亿亩，占总耕地面积的1/6。尤其是长江三角洲地区农田重金属污染事件越来越多，严重地影响了土壤质量，土壤污染问题亟待解决。自从20世纪80年代问世以来，植物修复以治理效果的永久性、治理过程的原位性、治理成本的低廉性、环境美学的兼容性、后期处理的简易性等特点，开始进入产业化初期阶段，且因其独特技术及经济优势，逐渐发展成为污染治理的重要途径之一。
但有关修复重金属污染土壤后的植物的处置方面，目前国内外少有研究报道，本发明针对以上问题，以铜富集植物——海州香薷为主要研究对象，对其采用堆肥法方式进行产后处置，以期为植物修复后植物残体的减量化、无害化提供有效途径，为可能的资源化应用提供理论依据和实际应用的技术基础。
海州香薷是我国长江中下游地区废铜矿上常见的优势植物，对铜有较高的耐性和强蓄积能力，因而作为一种修复植物，被广泛应用于重金属污染土壤生物修复领域。海州香薷植物体主要由纤维素、半纤维素、木质素构成，三者所占的比例分别为40％，20％-30％和20％-30％，其C/N比较高，难以腐熟，所以，如欲将收割后的海州香薷制成有机肥料加以利用，则现有技术中缺少适当的方法。目前纤维素、半纤维素原料发酵包括高温好氧、高温厌氧、好氧与厌氧相结合的发酵工艺，其采用的微生物种类也很多，包括细菌、真菌、放线菌等，各种微生物的处理效果也不尽相同。
发明内容
针对现有技术中，修复植物海州香薷收割后难腐熟，难利用的不足，本发明将提供一种利用修复植物海州香薷制作含铜有机肥料的方法，该方法可以利用适当的微生物使海州香薷充分腐熟，从而制成含铜有机肥料加以利用，尤其可施用于土壤缺铜的地区。
完成上述发明任务的技术方案是利用修复植物海州香薷制作含铜有机肥料的方法，步骤包括在海州香薷生长期为165-195天时收割；将收割的海州香薷植物体粉碎，按堆肥方式堆放；将微生物1扩大培养，当OD值达到0.5-0.6之间时投加到堆体中，并确定其活菌数；将微生物2与糖蜜混合培养后，投加到堆体中。
菌剂的投加按照堆料质量的10％为标准，两种菌的菌群数量在2.0×106CFU/g(干重)到2.8×106CFU/g之间，纤维素分解菌∶EM菌以1∶1施加。
同时定期翻堆，保证通气量；堆腐后形成腐熟的有机肥料。
以上方法中所述的微生物1为纤维分解菌(Cellulobacillus)，微生物2为有效微生物菌群，常称EM菌(Effective Microorganisms)，是多种菌的混合物，主要包括红螺菌(Rhodospirillum)、乳酸菌(Lactobactorium)、酵母菌(Candida)、放线菌(Actinomyces)等。以上所述的微生物1和微生物2两类菌种均已经商品化，可在市场购买，例如，在中国科学院南京土壤研究所购买。
所述的微生物1扩大培养的条件是KH2PO40.500g，MgSO4·7H2O 0.250g，明胶2.00g，羧甲基纤维素钠1.88g，蒸馏水1000ml，pH值7.0。
所述的微生物1检验培养的条件是KH2PO40.500g，MgSO4·7H2O 0.250g，明胶2.00g，羧甲基纤维素钠1.88g，刚果红0.200g，琼脂14.0g，蒸馏水1000ml，pH值7.0。
所述的微生物2混合培养的条件是糖蜜。
上述方法的进一步改进，有以下优化方案1、在制作过程中增加以下步骤当堆体水分大量散失，适时补充水分，使堆体呈好氧状态。
2、在堆肥制作完成后，增加以下步骤将初步形成的有机肥料用造粒粘结剂、包膜剂形成最终的含铜有机肥料产品。
所述的造粒粘结剂、包膜剂以及它们的比例，均可采用其它有机肥造粒的现有技术。
3、在制作过程中环境因子温度1与湿度1得到最佳品质的含铜有机肥料产品，在温度变化范围为25-37℃、湿度为75％的环境条件下，为最佳组合条件。
铜污染修复植物-海州香薷的适宜收获时期、不同微生物菌种的组合、有机肥料的制备工艺。本发明是对该方法中所使用的高效菌进行特定的培养，在特定环境因子条件下，对海州香薷进行高效、快速腐解，并形成制备含铜有机肥料的技术。通过特定微生物代谢的多种酶协同作用，可以将纤维素等大分子分解成葡萄糖等小分子化合物，因此，在堆肥中接种多种能够产生某种酶的复合菌群将有利于植物体快速腐熟分解，并形成品质优良的含铜有机肥料，旨在实现植物修复体系的整个循环产业链，使修复植物变废为宝，探索其制备含铜有机肥料的可行性、确定最适收获时期、堆腐条件和最佳堆肥品质。综合国内外研究，利用修复植物生产有机肥料对解决有机肥料缺乏和保护环境起到积极作用，具有广阔发展前景。
具体实施例方式
实施例1海州香薷最佳收获期的选择供试材料采集海州香薷种子，播种于铜污染土壤。在播种后75天-195天之间，每隔30天取植物样一次，将海州香薷鲜样称重后，105℃杀青30分钟，80℃烘干至恒重，称取0.5000克左右植物样品，用HNO3-HClO4(85∶15v/v)在Block Digestor上消煮，定容、过滤。所用样品的铜、锌含量均用原子吸收分光光度计(Varian 220FS)测定。
海州香薷生物量及含水率的动态变化海州香薷生物量随生长周期的延长而增加，在生长195天后达到最大值，为84.3g株-1。而其含水率却与生物量恰恰相反，随着生长周期的延长而明显下降，在其体内形成大量的纤维素、木质素、半纤维素，使海州香薷茎秆的硬度不断增强，其含水率从80％左右下降到45％左右。
海州香薷体内铜含量与积累量的动态变化海州香薷叶片中的铜含量随生长期的延长而增加，但不同时期间差异不显著(p＞0.05)；生长195天后海州香薷叶片铜含量处于正常植物铜含量范围内，165天时叶片铜含量最高，说明海州香薷生长后期对铜具有更高的吸收和转运能力。
综上所述，当海州香薷在生长期为165-195天时，其生物量达到最大值，为海州香薷的植物成熟期，其生物量随时间的变化差异很小，同时，此生长期内植物体内铜含量达到整个生长期的最高水平，因此，在其生长期为165-195天时是海州香薷的最佳收获时期，可为含铜有机肥料的制备提供优质的堆腐原料。
含铜有机肥料制备供试材料海州香薷采自浙江省某地，按前面试验确定的海州香薷适宜收获时间取样，将植物体粉碎，待用。试验用海州香薷含水率34.2％，全碳55.0％，全氮0.930％，全磷0.240％，全钾0.600％，全铜430mg kg-1，全锌737mg kg-1。
供试微生物微生物1、微生物2，菌种均来自中国科学院南京土壤研究所。3.2.3供试培养基(1)扩大培养KH2PO40.500g，MgSO4·7H2O 0.250g，明胶2.00g，羧甲基纤维素钠1.88g，蒸馏水1000ml，pH值7.0。
(2)检验培养KH2PO40.500g，MgSO4·7H2O 0.250g，明胶2.00g，羧甲基纤维素钠1.88g，刚果红0.200g，琼脂14.0g，蒸馏水1000ml，pH值7.0。
(3)糖蜜。
含铜有机肥料制备技术将微生物1在QHZ-98A全温度振荡培养箱28℃进行扩大培养，当达到某一OD值为时投加到堆体中，并确定其活菌数；将微生物2与糖蜜按照某一比例混合培养，与微生物1培养时间相同，投加到堆体中；菌剂的投加按照10％质量百分含量为标准，向堆体中投加微生物菌剂，同时定期翻堆，保证通气量；当堆体水分大量散失，适时补充水分，使堆体呈好氧状态，保证堆体发酵所需的环境条件，堆腐60天后形成腐熟的有机肥料，然后将初步形成的有机肥料用天津康龙生态农业有限公司生产的“复混肥纳米造粒胶结剂(CF助剂-2)”按0.5-1％的比例成粒，形成最终的含铜有机肥料产品。
不同微生物组合技术方案单一的细菌、真菌、放线菌群体，无论其活性多高，在整个发酵过程中都比不上多种微生物群体的共同作用(见表1)。根据某些微生物之间的协同作用更有利于他们的生长，从而提高降解有机物质的能力。不同菌株所能产生的酶类和对底物形式的要求各不相同，对纤维素类、淀粉类、蛋白质类等物质的分解，必须要有多菌株的协同作用来完成。正是由于不同菌株的差异性，因此进行不同菌株的组合试验，寻找对环境条件要求宽松、生长繁殖迅速的菌株组合是解决发酵过程中的“瓶颈”所在。
表1不同微生物组合堆肥品质*
*各列中含有完全不相同字母表明在5％水平上有显著差异。
不同环境因子组合技术方案温度是影响有机体生长和存活的重要因素之一，同时又是影响微生物活性的显著因子，对生物发酵反应速度起着决定性作用，温度直接影响微生物的活动及种群组成和数量，并进一步影响有机物的分解速率及腐殖化过程。常常作为微生物生化活动量的宏观指标。一般认为，微生物活性最适范围在35-50℃，而49-55℃微生物多样性达到最大化；大于60℃时，多样性显著减少。适宜的温度在堆肥中所起的关键作用是勿庸置疑的。
湿度是影响有机体生长和存活的又一重要因素，堆料中过多的水分占据气体交换的自由空间，使好氧发酵无法进行，影响堆肥温度和分解速度。无论在温度1还是温度2条件下，湿度为X％的处理堆肥品质与其他处理具有明显的差异。通过一段时间的堆腐，温度1处理和温度2处理C/N从35分别下降到13.7、19.0。
结果表明在环境温度为25-37℃有利于微生物生长繁殖，可以显著提高堆肥的品质。不同处理的堆肥初期，温度1的含水率均明显高于温度2的含水率，这一阶段正是微生物生长的高峰期，影响着最终的堆肥品质，由于最初温度2处理较低的含水率，直接导致了一段时间后其腐熟程度(见表2)。
含铜有机肥料产品品质通过以上试验得出最佳的微生物组合、最佳影响堆肥的环境因子，并以其为标准，对海州香薷进行堆腐，得到堆肥产品，经过风干、成粒、包膜等各项工序，最终得到堆肥成品，其基本理化指标见表3。
表2不同处理堆肥品质比较*
*各列中含有完全不相同字母表明在5％水平上有显著差异。
表3含铜有机肥料产品基本理化指标
可见，在制作过程中环境因子温度1与湿度1的数值分别为温度25-37℃；湿度75％时可以得到最佳品质的含铜有机肥料产品。
权利要求
1.一种利用修复植物海州香薷制作含铜有机肥料的方法，步骤包括在海州香薷生长期为165-195天时收割；将收割的海州香薷植物体烘干粉碎，按堆肥方式堆放；将微生物1扩大培养，当OD值达到要求时投加到堆体中，并确定其活菌数；将微生物2与糖蜜混合培养后，投加到堆体中，菌剂的投加按照堆料质量的10％为标准，两种菌的菌群数量在2.0×106CFU/g(干重)到2.8×106CFU/g之间，同时定期翻堆，保证通气量；堆腐后形成腐熟的有机肥料，以上所述的微生物1为纤维分解菌Cellulobacillus；微生物2为EffctiveMicroorganisms，包括有红螺菌Rhodospirillum、乳酸菌Lactobactorium、酵母菌Candida、放线菌Actinomyces；所述的OD值达到0.5-0.6之间；纤维素分解菌、EM菌以1∶1施加。
2.按照权利要求1所述的利用修复植物海州香薷制作含铜有机肥料的方法，其特征在于，所述的微生物1扩大培养的条件是KH2PO40.500g，MgSO4·7H2O 0.250g，明胶2.00g，羧甲基纤维素钠1.88g，蒸馏水1000ml，pH值7.0；所述的微生物1检验培养的条件是KH2PO40.500g，MgSO4·7H2O 0.250g，明胶2.00g，羧甲基纤维素钠1.88g，刚果红0.200g，琼脂14.0g，蒸馏水1000ml，pH值7.0；所述的微生物2混合培养的条件是糖蜜。
3.按照权利要求2所述的利用修复植物海州香薷制作含铜有机肥料的方法，其特征在于，在制作过程中增加以下步骤当堆体水分大量散失，适时补充水分，使堆体呈好氧状态。
4.按照权利要求1或2或3所述的利用修复植物海州香薷制作含铜有机肥料的方法，其特征在于，在堆肥制作完成后，增加以下步骤将初步形成的有机肥料用造粒粘结剂、包膜剂形成最终的含铜有机肥料产品。
5.按照权利要求4所述的利用修复植物海州香薷制作含铜有机肥料的方法，其特征在于，在制作过程中环境因子温度1与湿度1的数值分别为温度变化范围为25-37℃、湿度为75％。
全文摘要
利用修复植物海州香薷制作含铜有机肥料的方法在海州香薷生长165－195天时收割、烘干粉碎，按堆肥方式堆放；将微生物1扩大培养，投加到堆体中，并确定其活菌数；将微生物2与糖蜜混合培养，投加到堆体中，菌剂的投加为堆料质量的10％，菌群数量在2.0×10
文档编号C05F11/00GK1800111SQ20061003775
公开日2006年7月12日 申请日期2006年1月13日 优先权日2006年1月13日
发明者吴龙华, 李宁, 骆永明, 李振高 申请人:中国科学院南京土壤研究所